紫色土土壤入渗过程预报模型研究
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摘要
紫色土是三峡库区重要的土壤资源，但由于该区降水在时空上的分布极不均匀，暴雨和季节性干旱的频繁发生导致的水土流失和土地生产力下降是限制当地农业发展的主要原因。土壤入渗过程是流域水文循环的重要组成部分，深入剖析紫色土土壤入渗特性是认识该区土壤侵蚀规律的基础，也是解决该区季节性干旱问题和提高旱地雨水利用程度的基础。对涪陵区南沱示范区内不同土地利用方式下的土壤入渗特性进行了分析，将国内外较为可靠的土壤水分入渗模型在紫色土地区的适用性做检验，筛选出最优模型，同时利用传统统计学方法研究了土壤特性的空间变异性，建立了土壤入渗特性参数、土壤入渗模型参数与土壤理化特性间的经验预报模型，其主要结论如下：
(1)本研究利用Kostiakov入渗公式、Horton入渗方程、Green-Ampt入渗公式和Philip入渗公式的综合形式在紫色土的适用性进行了检验，结果显示Horton入渗方程拟合曲线的相关系数最高，不论是在入渗的衰退阶段还是稳定阶段，计算值与实测值间的误差均最小，可以作为表达紫色土土壤入渗过程的模型。Kostiakov入渗公式、Green-Ampt入渗公式和Philip入渗公式的综合形式入渗模型拟合曲线较差。Kostiakov入渗公式在入渗衰退阶段该拟合效果较差，尤其是在菜地和菜地+柑橘地拟合效果最差，在稳定入渗阶段，拟合效果相对较好；Green-Ampt入渗公式和Philip入渗公式的综合形式在入渗衰退阶段的计算值普遍低于实测值，入渗稳定阶段的计算值均高于实测值，而且其稳定阶段计算值与实测值的误差也是所选入渗公式中最大的。
(2)土壤入渗特性存在极大的空间变异性，变异系数Cv=210.12％；同时变异性呈现出明显的随机性，经过对数转换后，土壤稳定入渗率f近似服从正态分布，变异系数Cv=105.93％，仍呈现极强的变异性。
(3)由于土壤理化特性可能是导致土壤入渗特性变异的影响因素，对土壤理化特性(机械组成、容重、孔隙度、有机质、团聚体)进行了同步分析，其变异系数位于4.16～53.03％之间，以毛管孔隙度和容重的变异性最小，变异系数分别为4.16％和9.89％，属于弱变异性，其它土壤理化特性的变异系数介于9.89～53.03％之间，属于中等变异性，非毛管孔隙的变异系数为53.03％，变异性最大。
(4)合理取样数目的确定取决于土壤空间变异性的程度。在选择的置信水平和取样精度
Purple soil is important soil resources in the Three Gorges Reservoir Area, because of distribution of precipitation is non-uniformity in space and time ,soil and water losses and the drop of land productive forces what due to rainstorm and seasonal drought occurs frequently is the main reason which limits the local agricultural development The process of soil infiltration is important part of circulation of hydrology in catchment, analyzing thoroughly the characteristic of soil infiltration in Purple soil is the foundation of knowing rule of soil erosion, also solving the seasonal drought and enhancing precipitation degree of utilization in the dry land.We analysized the characteristic of soil infiltration under different land utilization way to model district of Nan Tuo in Fuling area, test serviceability of model of soil infiltration which is more reliable in the domestic and foreign in the Purple soil, filtrating the best model At the same time, method traditional statistic was applied to determine and quantify the spatial variability of soil properties, established experiential forefast model which is between parameter of soil infiltration and soil characteristic, the model parameter of soil infiltration and soil characteristic, the main conclusion as follows:
(1) Testing serviceability of the equation of Kostiakov, the equation of Horton , the equation of Green-Ampt and Philip which is comprehensive form in Purple soil, the correlation coefficient of curve is high ,which was computed by the equation of Horton, the predicted value and during the actual value error was the smallest, no matter were in the decline stage what stable stage , might expressed the process of soil infiltration in Purple soil.The effect of simulation is bad which was computed by the equation of Kostiakov, the equation of Green-Ampt and Philip which is comprehensive.The equation of Kostiakov fitting effect to miss in the decline stage, especially in vegetable plot and vegetable plot + citrus fruits, the fitting effect is good in the stable stage relatively. The predicted value of the equation of Green-Ampt and Philip which is comprehensive form was lower than the actual value generally in the decline stage, the predicted value was higher than the actual value in the stable stage, error between the predicted value and the actual value is also the largest.
(2) The characteristic of soil infiltration are belong to powerful variability ,the CV% is 210.12%, at the same time, the variability presents the obvious randomness, after the process logarithm transformation, velocity of stable infiltration approximately to obey the normal distribution, the CV % is 105.93%, still presented the greatly strengthened variability.
(3) Because the characteristic of soil physics and chemistry possibly is the influence factor what lead to variability of soil infiltration, analysising to the soil physics and chemistry characteristic (grain composition, bulk gravity, porosity, organic matter, aggregates), its C_v was located between
(1)本研究利用Kostiakov入渗公式、Horton入渗方程、Green-Ampt入渗公式和Philip入渗公式的综合形式在紫色土的适用性进行了检验，结果显示Horton入渗方程拟合曲线的相关系数最高，不论是在入渗的衰退阶段还是稳定阶段，计算值与实测值间的误差均最小，可以作为表达紫色土土壤入渗过程的模型。Kostiakov入渗公式、Green-Ampt入渗公式和Philip入渗公式的综合形式入渗模型拟合曲线较差。Kostiakov入渗公式在入渗衰退阶段该拟合效果较差，尤其是在菜地和菜地+柑橘地拟合效果最差，在稳定入渗阶段，拟合效果相对较好；Green-Ampt入渗公式和Philip入渗公式的综合形式在入渗衰退阶段的计算值普遍低于实测值，入渗稳定阶段的计算值均高于实测值，而且其稳定阶段计算值与实测值的误差也是所选入渗公式中最大的。
(2)土壤入渗特性存在极大的空间变异性，变异系数Cv=210.12％；同时变异性呈现出明显的随机性，经过对数转换后，土壤稳定入渗率f近似服从正态分布，变异系数Cv=105.93％，仍呈现极强的变异性。
(3)由于土壤理化特性可能是导致土壤入渗特性变异的影响因素，对土壤理化特性(机械组成、容重、孔隙度、有机质、团聚体)进行了同步分析，其变异系数位于4.16～53.03％之间，以毛管孔隙度和容重的变异性最小，变异系数分别为4.16％和9.89％，属于弱变异性，其它土壤理化特性的变异系数介于9.89～53.03％之间，属于中等变异性，非毛管孔隙的变异系数为53.03％，变异性最大。
(4)合理取样数目的确定取决于土壤空间变异性的程度。在选择的置信水平和取样精度
Purple soil is important soil resources in the Three Gorges Reservoir Area, because of distribution of precipitation is non-uniformity in space and time ,soil and water losses and the drop of land productive forces what due to rainstorm and seasonal drought occurs frequently is the main reason which limits the local agricultural development The process of soil infiltration is important part of circulation of hydrology in catchment, analyzing thoroughly the characteristic of soil infiltration in Purple soil is the foundation of knowing rule of soil erosion, also solving the seasonal drought and enhancing precipitation degree of utilization in the dry land.We analysized the characteristic of soil infiltration under different land utilization way to model district of Nan Tuo in Fuling area, test serviceability of model of soil infiltration which is more reliable in the domestic and foreign in the Purple soil, filtrating the best model At the same time, method traditional statistic was applied to determine and quantify the spatial variability of soil properties, established experiential forefast model which is between parameter of soil infiltration and soil characteristic, the model parameter of soil infiltration and soil characteristic, the main conclusion as follows:
(1) Testing serviceability of the equation of Kostiakov, the equation of Horton , the equation of Green-Ampt and Philip which is comprehensive form in Purple soil, the correlation coefficient of curve is high ,which was computed by the equation of Horton, the predicted value and during the actual value error was the smallest, no matter were in the decline stage what stable stage , might expressed the process of soil infiltration in Purple soil.The effect of simulation is bad which was computed by the equation of Kostiakov, the equation of Green-Ampt and Philip which is comprehensive.The equation of Kostiakov fitting effect to miss in the decline stage, especially in vegetable plot and vegetable plot + citrus fruits, the fitting effect is good in the stable stage relatively. The predicted value of the equation of Green-Ampt and Philip which is comprehensive form was lower than the actual value generally in the decline stage, the predicted value was higher than the actual value in the stable stage, error between the predicted value and the actual value is also the largest.
(2) The characteristic of soil infiltration are belong to powerful variability ,the CV% is 210.12%, at the same time, the variability presents the obvious randomness, after the process logarithm transformation, velocity of stable infiltration approximately to obey the normal distribution, the CV % is 105.93%, still presented the greatly strengthened variability.
(3) Because the characteristic of soil physics and chemistry possibly is the influence factor what lead to variability of soil infiltration, analysising to the soil physics and chemistry characteristic (grain composition, bulk gravity, porosity, organic matter, aggregates), its C_v was located between
引文
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